市政工程專業(yè)交叉型研究生創(chuàng)新平臺建設(shè)的實踐與探索

沈吉敏 趙晟鋅 陳忠林 陳謙 康晶

摘要：市政工程其本身的復(fù)雜性和多學(xué)科性，決定著它是一個理工結(jié)合、多學(xué)科相互融合滲透的交叉性學(xué)科。結(jié)合市政工程學(xué)科特點，就如何搭建研究生創(chuàng)新平臺，培養(yǎng)多學(xué)科背景知識的研究創(chuàng)新人才進行闡述。

關(guān)鍵詞：市政工程；交叉學(xué)科；創(chuàng)新；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G643 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0124-04

隨著科技的進步、科學(xué)的發(fā)展，學(xué)科交叉已逐漸被人們所認知，它來源于社會發(fā)展的要求、學(xué)科協(xié)同效應(yīng)的作用和認識主體的好奇心，它是推動學(xué)科發(fā)展的動力[1]。諾貝爾獎在百年多的時間里，有41.02%的獲獎?wù)邔儆诮徊鎸W(xué)科。學(xué)科交叉體現(xiàn)了科學(xué)向綜合性、可持續(xù)性發(fā)展的趨勢，對于學(xué)科建設(shè)、科學(xué)研究和高素質(zhì)人才培養(yǎng)等都有重要的意義。

我國開展跨學(xué)科教育與發(fā)達國家相比起步較晚[2]。跨學(xué)科組織、跨學(xué)科團隊等組建，多數(shù)是為了國家資助的重大綜合性研究課題的需要而設(shè)立的，參與人員層次較高，相對比較獨立，利用交叉性科研平臺來進行研究生的跨學(xué)科培養(yǎng)較少，而專門針對研究生的交叉創(chuàng)新能力實踐培養(yǎng)更為罕見。基于高校及社會對市政工程專業(yè)培養(yǎng)交叉性創(chuàng)新人才的緊迫需求，建立了交叉型研究生創(chuàng)新平臺，加強了不同專業(yè)、不同學(xué)科、不同院系、校企間的交流與合作，在理論與實踐上探索跨學(xué)科培養(yǎng)之路，力求從整體上去解決學(xué)科交叉培養(yǎng)研究生過程中的理論與現(xiàn)實的沖突，為研究生交叉培養(yǎng)現(xiàn)狀、變革、對策、措施等問題的解決提供一定的實用性方案。

一、市政工程專業(yè)概況

在21世紀(jì)初，隨著日益增長的各種環(huán)境問題的出現(xiàn)，決定著可持續(xù)發(fā)展之路勢在必行。而發(fā)展環(huán)境教育是解決環(huán)境問題和實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的根本。高等學(xué)校的市政工程類專業(yè)教育，是提高新世紀(jì)建設(shè)者的環(huán)境意識并向社會輸送城市給水工程、排水工程、建筑給排水科學(xué)與工程、工業(yè)給排水科學(xué)與工程、水污染控制規(guī)劃和水資源保護等方面的知識的專門人才的重要途徑。

市政工程專業(yè)是學(xué)院設(shè)置的8個碩士專業(yè)之一，是本科給排水科學(xué)與工程專業(yè)教育的延伸。主要以水處理工程與工藝技術(shù)為研究方向，以解決城鎮(zhèn)給排水工程、城市廢水處理和回用、污泥資源化、污水廠管理與運行、城市垃圾處理以及資源化利用、垃圾滲濾液處理、飲用水水源微污染凈化處理等與國計民生息息相關(guān)的問題為主要目標(biāo)。

二、學(xué)科交叉在市政工程專業(yè)發(fā)展中的地位與作用

1.多學(xué)科交叉融合促進學(xué)科多元化發(fā)展。近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)水資源短缺及水質(zhì)污染問題日益嚴(yán)重，水健康成為國民經(jīng)濟發(fā)展過程中的首要矛盾，已由幾十年前以水量問題為主的矛盾，逐漸轉(zhuǎn)移到水量水質(zhì)矛盾并重，水質(zhì)問題突出上來[3]，因此從專業(yè)內(nèi)涵上講，學(xué)科發(fā)展要跟上行業(yè)、社會發(fā)展的需求。

由于人類可利用水資源的變化及現(xiàn)有技術(shù)的局限性，相應(yīng)地市政工程學(xué)科發(fā)展也面臨許多挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的市政工程內(nèi)涵發(fā)生了實質(zhì)性的變化。傳統(tǒng)意義上的市政工程以給水、排水為主，現(xiàn)已逐漸轉(zhuǎn)變成以水質(zhì)安全、水的良性循環(huán)為核心內(nèi)容，專業(yè)的研究方向也正朝著多元化發(fā)展。值得注意的是學(xué)科在發(fā)展的同時，市政工程教學(xué)與科研者應(yīng)從思想上發(fā)生積極轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)的以應(yīng)用學(xué)科為主基礎(chǔ)學(xué)科為輔的學(xué)術(shù)思想中跳出來，打破“重實踐輕理論”的思路，細化科研或工程實踐中出現(xiàn)的各種問題，利用理論知識解釋、解決原有工程和工藝中存在的問題，不斷地開拓有效的新方法、新工藝、新工程技術(shù)[4]。因市政工程多學(xué)科跨度的專業(yè)特點，顯然，單靠某一學(xué)科的研究很難以出色地完成整個專業(yè)方向的轉(zhuǎn)變，采取多學(xué)科交叉合作的形式，通過科研經(jīng)驗的分享或科研難題的攻克，對促進專業(yè)向多元化發(fā)展將十分有利。

2.多學(xué)科交叉融合推動其他相關(guān)專業(yè)可持續(xù)發(fā)展。從市政工程發(fā)展歷程來看，傳統(tǒng)的水處理最初依賴于土建構(gòu)筑物來實現(xiàn)水的傳輸、水質(zhì)凈化和污水處理等。隨著市場對市政工程技術(shù)水平及實用性要求的提高，水處理工程開始由土木型向設(shè)備型轉(zhuǎn)變[5～6]。近年來，環(huán)境的破壞日趨嚴(yán)重，水質(zhì)問題日顯突出，水體環(huán)境復(fù)雜程度逐漸增大，表現(xiàn)在污染物的種類繁多，難降解，遷移速度快速等特點，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們對水質(zhì)的要求，這就使得水處理技術(shù)不得不向深度處理技術(shù)發(fā)展。在深度處理的過程中，應(yīng)用各種技術(shù)手段的同時，不可避免會發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)（污染物的分解與轉(zhuǎn)化過程），產(chǎn)生各類副產(chǎn)物。就目前來講，對化學(xué)過程中產(chǎn)生的潛在有害物質(zhì)，已經(jīng)確定其成分并能得到有效處理的組分，尚屬于少數(shù)，大多正處于研究或未知階段，因此加強市政工程與化學(xué)學(xué)科的交叉將有助于水處理工程與工藝向深層次發(fā)展。水處理工程和環(huán)境水體水質(zhì)凈化過程中涉及到許多生物學(xué)問題，特別是微生物問題。微生物的繁殖受水體環(huán)境的影響，直接或間接參與水體中化學(xué)物質(zhì)的合成或降解，水體中化學(xué)物質(zhì)影響微生物的代謝，其間的變化較為復(fù)雜，因此為了滿足水處理和環(huán)境水體水質(zhì)凈化工程的需要，將市政工程與化學(xué)學(xué)科與微生物學(xué)相互交叉，將很有必要。材料科學(xué)作為一門新興學(xué)科，近些年來發(fā)展迅速，新材料具有無毒、環(huán)保等優(yōu)點，對于日益突出的水質(zhì)問題，新型水處理材料的應(yīng)用在水處理中也勢必具有良好的發(fā)展勢頭。因此，促使市政工程學(xué)科與相關(guān)學(xué)科的交叉合作，特別是對于一些以理論為主的相關(guān)學(xué)科來說，交叉合作可以為其理論發(fā)揮提供有利的工程實踐場所，體現(xiàn)了其在市政工程學(xué)科中的優(yōu)勢和價值，也為其的發(fā)展開辟了新的領(lǐng)域及新的課題。

3.多學(xué)科交叉完善了研究型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。推動科技進步、經(jīng)濟高速發(fā)展的轉(zhuǎn)變往往在于科技創(chuàng)新、制度創(chuàng)新，創(chuàng)新的主體是人，創(chuàng)新體現(xiàn)在對人的創(chuàng)新能力上的培養(yǎng)與挖掘。隨著社會進程日益加快，社會競爭日趨激烈，對人才素質(zhì)的要求也越來越高，針對以上情況需要高校對培養(yǎng)研究型創(chuàng)新人才應(yīng)提出新舉措。項目以高等學(xué)校研究生創(chuàng)新團隊為研究重點，探索人才培養(yǎng)新模式，創(chuàng)新模式中包括培養(yǎng)對象、培養(yǎng)途徑、培養(yǎng)方式等的探索與實踐。多學(xué)科交叉融合人才培養(yǎng)有助于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，滿足多樣化的人才需求，提高對就業(yè)市場的適應(yīng)能力。通過學(xué)科之間的交叉、滲透與融合，可為學(xué)生提供接觸多學(xué)科領(lǐng)域、學(xué)習(xí)寬專業(yè)知識的條件和平臺，培養(yǎng)學(xué)生善于從多角度看問題，多方面思考問題。思維方式的轉(zhuǎn)變有利于創(chuàng)新思維的激發(fā)和創(chuàng)新能力的養(yǎng)成，有利于新問題的發(fā)現(xiàn)及新見解的提出，對跨學(xué)科拔尖人才向舊領(lǐng)域的深入發(fā)展，新領(lǐng)域的創(chuàng)新與開拓奠定基礎(chǔ)。另外，交叉學(xué)科培養(yǎng)可以改變目前高等教育過程中受專業(yè)、學(xué)術(shù)氛圍等影響的局面，打破學(xué)生在科研過程中思路單一的困境，調(diào)動學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，增強原創(chuàng)性意識，加強實踐環(huán)節(jié)，成為探索研究生綜合素質(zhì)教育的新途徑，完善研究型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

三、學(xué)科交叉創(chuàng)新培養(yǎng)模式的實踐與探索

1.交叉型創(chuàng)新平臺建設(shè)的實踐與探索。通過平臺間的構(gòu)建與重組，建成一個全新的以學(xué)科交叉為主題的多學(xué)科交叉創(chuàng)新科研實訓(xùn)平臺，其平臺組成見圖1。引入學(xué)院現(xiàn)有的流體力學(xué)實驗平臺、化學(xué)分析與物性表征實驗平臺、微生物與分子生物學(xué)實驗平臺、水質(zhì)分析與水處理實驗平臺、建筑環(huán)境與環(huán)境監(jiān)測實驗平臺的部分大型精密儀器，并利用課題組現(xiàn)有條件，對140m2實驗室進行了掛牌建設(shè)。實驗室實行功能分區(qū)管理，主要用于飲用水與污水處理，設(shè)有學(xué)生工作間、水處理材料合成實驗室、無菌操作室、儀器室、水處理工作臺，滿足學(xué)生水處理實驗及常規(guī)檢測條件。

2.研究生綜合創(chuàng)新團隊的培養(yǎng)方式的探索。教師指導(dǎo)團隊面向一個研究生創(chuàng)新團體，即采取“以多對多”的方式共同指導(dǎo)研究生創(chuàng)新團體，每周定時開展研究生培養(yǎng)討論工作，解決來自學(xué)生在學(xué)習(xí)、科研過程中面臨的各種困難。團體的學(xué)生來自市政工程、應(yīng)用化學(xué)、高分子化學(xué)、材料科學(xué)的學(xué)生，培養(yǎng)周期為2～3年，目前，已取得良好的培養(yǎng)效果，具體培養(yǎng)方案如下：

一是采取課程聯(lián)合培養(yǎng)的模式，組織學(xué)生進行跨專業(yè)課程學(xué)習(xí)。從我國學(xué)科課程設(shè)置上看，各高等院校因其成立專業(yè)的背景和依托的優(yōu)勢不同，專業(yè)課程設(shè)置有所不同[7～11]。在本科階段，大多數(shù)專業(yè)對于交叉學(xué)科專業(yè)的課程設(shè)置上內(nèi)容略顯單一，系統(tǒng)性不強，內(nèi)容深度不夠，學(xué)生只知其一不知其二，造成學(xué)生研究生階段長時間處于瘸腿、困惑的局面，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的發(fā)展。事實證明，深入學(xué)習(xí)交叉學(xué)科的課程對于加強本學(xué)科的專業(yè)性十分必要。為使自然科學(xué)與工程技術(shù)的有效結(jié)合，應(yīng)充分考慮市政工程學(xué)科與其他學(xué)科的理論知識銜接，重視知識的拓展與延伸，特別是生物類、化學(xué)類課程的理論與實踐的深層次培養(yǎng)?；瘜W(xué)類、生物類、環(huán)境類、力學(xué)類課程是市政工程專業(yè)平臺下貫穿自然科學(xué)和工程技術(shù)課程的四大支柱。因此，在進行學(xué)生團隊聯(lián)合培養(yǎng)的過程中，注重鞏固、填補研究生在本科生階段理論知識學(xué)習(xí)上的不足，加強有機化學(xué)、無機化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、高分子化學(xué)、微生物學(xué)、工程力學(xué)等理論課程的學(xué)習(xí)。

二是采用創(chuàng)新實踐合作的形式，以多學(xué)科背景知識為培養(yǎng)目標(biāo)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新團隊扎實的理論知識與實踐技能的基礎(chǔ)上，開展實踐創(chuàng)新活動，選定水處理方向某一交叉性研究性課題，學(xué)生創(chuàng)新團隊與教師指導(dǎo)團隊共同參與跨學(xué)科項目研究。在交叉培養(yǎng)模式下學(xué)生不再歸屬于某一個專業(yè)，即學(xué)生團隊從知識上獲得統(tǒng)一性和相對完整性，掌握和運用最有效的知識。開展研究生創(chuàng)新活動為課程聯(lián)合培養(yǎng)模式提供了場所，在實踐中不斷開拓新領(lǐng)域，推動多學(xué)科交叉融合型人才的培養(yǎng)，為科研工作的開展提供了制度和條件保障[12]。目前，學(xué)生實驗基本技能的提升到理論技術(shù)的全面掌握，都由指導(dǎo)教師親自傳授。學(xué)生已經(jīng)基本上學(xué)會了用化學(xué)、生物等多角度、多層次去解決水處理中遇到的問題。

3.交叉培養(yǎng)模式對學(xué)生創(chuàng)新團隊適應(yīng)性的探索。多學(xué)科交叉培養(yǎng)創(chuàng)新人才作為一種新型的創(chuàng)新人才培養(yǎng)，面臨著機遇與挑戰(zhàn)。學(xué)生創(chuàng)新團隊成員是來自不同的專業(yè)或相近學(xué)科的專業(yè)的學(xué)生，因創(chuàng)新內(nèi)容的跨學(xué)科、跨專業(yè)的特點，使學(xué)生的思維不受條條框框的限制，并對現(xiàn)在所從事的研究領(lǐng)域有一定的好奇心理，更容易接受新知識，發(fā)揮創(chuàng)造性，達到知識體系與實踐經(jīng)驗的融合與互補?？鐚W(xué)科學(xué)生團隊已經(jīng)具有一個學(xué)科或幾個學(xué)科的專業(yè)知識和實踐基礎(chǔ)，因此在知識量方面會更豐富一些，弱化專業(yè)間差別，則有利于學(xué)生團隊整體由單一型向綜合型轉(zhuǎn)變，能夠更好地融合交叉學(xué)科間的知識，積極參與跨學(xué)科課題的研究。但是與此同時，研究生已經(jīng)渡過了四年制的本科教育階段，要打破學(xué)科專業(yè)壁壘，消除學(xué)科專業(yè)界限并非易事，對于非專業(yè)知識的認知與提高也需要一定的時間與適應(yīng)過程[13]。應(yīng)根據(jù)創(chuàng)新團隊成員的所屬專業(yè)和跨學(xué)科培養(yǎng)效果，選擇學(xué)科交叉的范圍和程度，來進行交叉性課題研究。課題的選擇上，應(yīng)以具備多學(xué)科背景知識下的學(xué)生創(chuàng)新團體的創(chuàng)新實踐能力的“提高”為目標(biāo)，融合多學(xué)科知識共同解決水處理工程中的實際應(yīng)用技術(shù)問題[14]。

在學(xué)校層面，應(yīng)確立多學(xué)科滲透交叉人才培養(yǎng)的教育理念，定位交叉學(xué)科研究生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建多學(xué)科滲透交叉人才培養(yǎng)及質(zhì)量監(jiān)控體制，以此來鼓勵、推動教師開展研究生交叉培養(yǎng)，將跨學(xué)科理論學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實踐活動以學(xué)分的形式得以體現(xiàn)，鼓勵學(xué)生積極參與到跨學(xué)科創(chuàng)新培養(yǎng)計劃中來[15]。

四、結(jié)論

針對我國對研究生培養(yǎng)學(xué)制2～3年的特點，以研一研究生為研究對象，以培養(yǎng)通識型、實用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，將來自不同專業(yè)、不同院系或不同學(xué)校的學(xué)生組成一個團隊。在教師團隊的指導(dǎo)下，利用現(xiàn)有的人力和物力資源，打造一個交叉型研究生創(chuàng)新平臺，以解決水處理工程中的實際問題為主要研究方向，從理論與實踐兩方面著手，在不影響本專業(yè)學(xué)習(xí)與實踐的基礎(chǔ)上，對學(xué)生團隊成員實行為期兩年的“特區(qū)化”培養(yǎng)，讓學(xué)生深入掌握涉及多個相近學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識與技能，培養(yǎng)具有多學(xué)科背景知識及實踐技能的創(chuàng)新性人才，滿足社會對復(fù)合型拔尖人才的需求，同時為高校同類專業(yè)進行創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的探索提供典型案例，具有廣泛的借鑒作用與應(yīng)用價值。

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